초기 우주는 폭발적인 별 형성으로 딱딱거렸다, Webb 쇼 - ScienceDaily

천문학에서 가장 근본적인 질문 중 하나는 최초의 별과 은하가 어떻게 형성되었는가? NASA의 제임스 웹 우주 망원경은 이미 이 질문에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 있습니다. Webb의 과학 첫 해에 가장 큰 프로그램 중 하나는 JWST Advanced Deep Extragalactic Survey(JADES)로, 망원경으로 약 32일 동안 희미하고 먼 은하를 발견하고 특성화할 것입니다. 데이터가 계속 들어오는 동안 JADES는 우주의 나이가 6억년 미만일 때 존재했던 수백 개의 은하를 이미 발견했습니다. 팀은 또한 수많은 젊고 뜨거운 별들로 반짝이는 은하를 확인했습니다.

“JADES를 통해 우리는 다음과 같은 많은 질문에 답하고 싶습니다. 최초의 은하들은 어떻게 스스로를 구성했는가? 얼마나 빨리 별을 형성했는가? 일부 은하계는 별 형성을 중단한 이유는 무엇인가?” JADES 프로그램의 공동 리더인 Tucson에 있는 Arizona 대학의 Marcia Rieke는 말했습니다.

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오스틴에 있는 텍사스 대학의 Ryan Endsley는 빅뱅 이후 5억에서 8억 5천만 년 동안 존재했던 은하에 대한 조사를 이끌었습니다. 이것은 재이온화의 시대로 알려진 중요한 시기였습니다. 빅뱅 이후 수억 년 동안 우주는 에너지가 넘치는 빛에 불투명한 기체 안개로 가득 차 있었습니다. 빅뱅 후 10억 년이 지나면 안개가 걷히고 우주가 투명해지며, 재이온화라고 알려진 과정입니다. 과학자들은 재이온화의 주요 원인이 활동적인 초대질량 블랙홀인지 아니면 뜨겁고 어린 별들로 가득 찬 은하인지에 대해 논쟁을 벌였습니다.

JADES 프로그램의 일환으로 Endsley와 그의 동료들은 Webb의 NIRSpec(근적외선 분광기) 장비를 사용하여 이러한 은하계를 연구하여 별 형성의 신호를 찾았고 많은 양을 발견했습니다. Endsley는 “우리가 발견한 거의 모든 단일 은하는 최근의 별 형성이 강렬했음을 나타내는 비정상적으로 강한 방출선 표시를 보여줍니다. 이 초기 은하들은 뜨겁고 무거운 별을 만드는 데 매우 능숙했습니다.”라고 말했습니다.

이 밝고 무거운 별은 원자를 이온화하고 핵에서 전자를 제거하여 주변 가스를 불투명에서 투명으로 바꾸는 자외선의 급류를 펌핑했습니다. 이 초기 은하는 뜨겁고 무거운 별들로 이루어진 많은 개체군을 가지고 있었기 때문에 재이온화 과정의 주요 동인이었을 것입니다. 나중에 전자와 핵의 재결합은 뚜렷하게 강한 방출선을 생성합니다.

Endsley와 그의 동료들은 또한 이 어린 은하들이 더 적은 수의 별이 형성되는 조용한 기간 사이에 빠른 별 형성 기간을 겪었다는 증거를 발견했습니다. 이러한 적합과 시작은 은하가 별을 형성하는 데 필요한 기체 원료 덩어리를 포착함에 따라 발생했을 수 있습니다. 또는 무거운 별은 빠르게 폭발하기 때문에 주기적으로 주변 환경에 에너지를 주입하여 가스가 응축되어 새로운 별을 형성하는 것을 방지했을 수 있습니다.

초기 우주가 밝혀지다

JADES 프로그램의 또 다른 요소는 우주의 나이가 4억년 미만일 때 존재했던 최초의 은하를 찾는 것입니다. 이 은하들을 연구함으로써 천문학자들은 빅뱅 이후 초기의 별 형성이 현재와 어떻게 다른지를 탐구할 수 있습니다. 멀리 떨어진 은하에서 오는 빛은 우주가 팽창함에 따라 더 긴 파장과 더 붉은색으로 늘어나는데, 이를 적색편이라고 합니다. 은하의 적색편이를 측정함으로써 천문학자들은 그것이 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 따라서 초기 우주에 언제 존재했는지 알 수 있습니다. Webb 이전에는 우주의 나이가 6억 5천만 년 미만인 8의 적색편이 이상에서 관찰된 은하가 수십 개에 불과했지만 JADES는 이제 이 매우 먼 은하 중 거의 천 개를 발견했습니다.

적색편이를 결정하기 위한 금본위제는 은하의 스펙트럼을 살펴보는 것과 관련이 있는데, 이는 무수히 많은 밀접하게 간격을 둔 파장에서 은하의 밝기를 측정합니다. 그러나 약간의 밝기 측정값을 얻기 위해 각각 좁은 색상 밴드를 포함하는 필터를 사용하여 은하계의 사진을 찍음으로써 좋은 근사치를 결정할 수 있습니다. 이러한 방식으로 연구자들은 수천 개의 은하계의 거리에 대한 추정치를 한 번에 결정할 수 있습니다.

Tucson에 있는 Arizona 대학의 Kevin Hainline과 그의 동료들은 Webb의 NIRCam(근적외선 카메라) 장비를 사용하여 광도계 적색편이라고 하는 이러한 측정값을 얻었고 우주가 3억 7천만에서 6억 5천만 사이일 때 존재했던 700개 이상의 후보 은하를 식별했습니다. 살이에요. 이 은하의 순전한 수는 Webb의 발사 이전에 이루어진 관측에서 예측한 것보다 훨씬 많았습니다. 천문대의 정교한 해상도와 감도 덕분에 천문학자들은 이전보다 훨씬 더 멀리 떨어진 은하계를 더 잘 볼 수 있습니다.

“이전에는 우리가 볼 수 있었던 가장 초기의 은하는 작은 얼룩처럼 보였습니다. 하지만 그 얼룩은 우주의 시작 부분에 있는 수백만 또는 심지어 수십억 개의 별을 나타냅니다.”라고 Hainline은 말했습니다. “이제 우리는 그들 중 일부가 실제로 눈에 보이는 구조를 가진 확장된 물체임을 볼 수 있습니다. 우리는 시간이 시작된 후 불과 수억 년 후에 태어난 별 무리를 볼 수 있습니다.”

“우리는 초기 우주에서 별 형성이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 발견했습니다.”라고 Rieke는 덧붙였습니다.

이 결과는 242에 보고되고 있습니다.^차 뉴멕시코 주 앨버커키에서 열린 미국천문학회 회의.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230605181111.htm